Phasentrennung von ribosomalen Proteinen in der Ribosomenbiogenese und neurologischen Ribosomopathien

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Matthew Kraushar, Ph.D.; Dr. Rainer Nikolay; Dr. Susanne Wegmann, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Biophysik ; Strukturbiologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 506373047

Flüssig-Flüssig-Phasentrennung (FFPT) ist ein Mechanismus, um Moleküle für biologische Reaktionen zu konzentrieren. Der Nukleolus ist ein flüssiges Kondensat mit der Funktion des Zusammenbaus von Ribosomen-Untereinheiten aus naszierender rRNA und ribosomalen Proteinen (RPs). Tatsächlich sind RPs die am häufigsten vorkommenden Proteine im Nukleolus. Ob RPs jedoch einzeln oder gemeinsam einer FFPT unterliegen, um Kondensate zu bilden, die in den Nukleolus gelangen, und sich darin um die rRNA konzentrieren, ist unbekannt. Dieser SPP2191-Antrag zielt darauf ab, den FFPT-Charakter von RPs und ihre Wechselwirkungen im Nukleolus während der Bildung von ribosomalen Untereinheiten zu analysieren. Unser Ansatz wird eine einzigartige Kombination aus ribosomenspezifischem und FFPT-spezifischem Fachwissen nutzen und Methoden der Biochemie, Biophysik, Zellbiologie und Strukturbiologie nutzen.Sowohl der Nukleolus als auch das Ribosom haben erhebliche evolutionäre Entwicklungen durchlaufen. Obwohl Prokaryoten keinen Nukleolus enthalten, verfügen sie über eine Nukleoidregion, worin Ribosomen assembliert werden. Während sich das menschliche Ribosom aus 79 RPs zusammenzusetz, besteht das des Bakteriums E. coli aus 55 RPs. Unsere bioinformatischen Daten deuten darauf hin, dass im Zuge der Evolution in menschlichen RPs der Gehalt an intrinsisch ungeordneten Regionen (IURs) stark zugenommen hat, die für viele andere Proteine Treiber von FFPT sind. Wir nutzten die Ribosomen in vitro Rekonstitution, um herauszufinden, dass der RP-pool Kondensate bildet, die mit der Zugabe von rRNA als Teil der sequentiellen Assemblierungsreaktion aufgelöst werden. Dieses Projekt wird die Ribosomen in vitro Rekonstitution einsetzen und FFPT von RPs in E. coli und menschlichen Zellen durch hochauflösende Fluoreszenzmikroskopie verfolgen, wobei biochemische Analysen und Kryo-Elektronenmikroskopie die Resultate der RP-IUR-getriebenen Kondensation messen und die Assemblierung von Ribosomen erfassen werden. Die Analyse der Wechselwirkung von kondensierenden RPs, sowohl mit der Nukleoidregion als auch mit dem Nukleolus, wird ein Schwerpunkt sein.Schließlich werden wir die Rolle der RP-Kondensation bei einer neurodegenerativen „Ribosomopathie“ untersuchen. Es ist bekannt, dass die Alzheimer Krankheit von einer abnormalen Proteinsynthese unbekannter Ursache begleitet wird. Tau ist ein pathogenes Protein, dass FFPT unterliegt, und durch abnormale Aggregation zur Alzheimer Krankheit beiträgt. Wir konnten nachweisen, dass Tau mit vielen RPs interagiert. Daher besteht ein wichtiges Ziel darin, die molekularen Wechselwirkungen zwischen Tau und RPs zu analysieren und festzustellen, ob diese Wechselwirkungen in Kondensaten initiiert werden.Zusammengenommen wird unser SPP2191-Antrag das Verständnis der molekularen Grundlagen der Ribosomenassemblierung, sowie die Evolution von FFPT-Kondensaten und des Ribosoms selbst vertiefen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2191: Molekulare Mechanismen funktioneller Phasenseparation